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Physik - das Teilgebiet "Statik" einfach erklärt

Alles nur noch statisch? Tatsächlich hat die Statik als Teilgebiet der Physik mit diesem Alltagsausspruch zu tun. Hier lernen Sie Kräfte und deren Gleichgewichtsbedingungen kennen, damit sich Körper in Ruhe befinden.

Statische Berechnungen der Physik sind für die Baustabilität wichtig.
Statische Berechnungen der Physik sind für die Baustabilität wichtig.

Informatives aus der Statik

Die Statik ist ein Teilgebiet der Physik, genauer der Mechanik. Der Begriff hat lateinische und griechische Wurzeln. Im Lateinischen bedeutet "stare" "stehen" oder "stehen bleiben". Im Griechischen wird als "statiké" die Kunst des Wägens bezeichnet.

  • In diesem Gebiet geht es immer um Körper, die sich in einem statischen ruhenden Zustand befinden, auch wenn Kräfte auf sie einwirken. Salopp könnten Sie dies so formulieren: "Kräfte wirken und nichts bewegt sich!" Allerdings sind Verformungen am Körper möglich.
  • "Statik" wird häufig als Gegendisziplin zur Dynamik gesehen, bei der die einwirkenden Kräfte zu einer Bewegung des Körpers führen.
  • Die Statik berechnet diese Kräfte. Sie bedient sich dabei der vektoriellen Darstellung von Kräften, bei der sie ihnen eine Größe und eine Richtung zuordnet. Die Vektorsumme dieser Kräfte muss stets Null ergeben, damit der Körper in Ruhe bleibt. Es herrscht Kräftegleichgewicht. Auch diesen Sachverhalt können sie vereinfacht so formulieren: "Die Wirkungen der Kräfte heben sich gegebenseitig auf." Allerdings müssen Sie beachten, dass diese Kräfte nicht einfach verschwunden sind.

Bekannte Anwendungen der Statik liegen in der Konstruktionstechnik und der Baustatik. Hierbei spielen mögliche Belastungen, Formänderungen unter Beanspruchung sowie Bruchgrenzen der beteiligten Stoffe eine Rolle.

Mechanik als Teildisziplin der Physik befasst sich vornehmlich mit Körpern und deren …

Aus der Physikgeschichte

Die Statik blickt - im Gegensatz zur Dynamik, die erst von Newton grundlegend formuliert wurde - auf eine lange Geschichte in der Physik, aber auch in der Bautechnik zurück. Schon antike Gelehrte befassten sich mit statischen Problemen, so auch Archimedes. Dieser entwickelte das Modell vom Schwerpunkt eines Körpers, der unter Gleichgewichtsbedingungen in Ruhe bleibt. Besonders anschaulich und physikgeschichtlich interessant, ist ein Gedankenexperiment, das im 16. Jahrhundert von dem Niederländer Simon Stevin für statische Überlegungen verwendet wurde. Seine Überlegungen gelten den Gleichgewichtsbedingungen an einer schiefen Ebene.

  • Dazu dachte sich der Physiker und Ingenieur ein Dreieck mit zwei schiefen Ebenen, die eine unterschiedliche Neigung haben. Darüber legte er gedanklich eine geschlossene Kette mit Kugeln. Ein Teil der Kette hängt in diesem Fall nach unten.
  • Diese Kette wird erfahrungsgemäß in Ruhe bleiben, also nicht um das Dreieck herumrotieren. Man könnte also den durchhängenden Teil abschneiden, ohne das Gleichgewicht zu stören.
  • Stevin schlussfolgert, dass sich die Kräfte auf den beiden Teilebenen  im Gleichgewicht befinden und sich wie die Seitenlängen verhalten müssen.

Das Gedankenexperiment von Stevin zeigte also bereits im 16. Jahrhundert, worauf es bei der Statik hinausläuft: Auf Gleichgewichtsbedingungen für Kräfte.

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